蒸汽泡沿倾斜表面运动规律及传热传质特性的LBM数值研究.pdf

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1、犬裡大莩页士莩位沱文蒸汽泡沿倾斜表面运动规律及传热传质特性的数值研究受钭去、丨丨制冷及低温工程作者姓名—一指导教师答辩日年月硕士学位论文蒸汽泡沿倾斜表面运动规律及传热传质特性的数值研究作者姓名：张晓红专业：制冷及低温工程学号：指教师：李维仲兀成曰期：年月大理工大嗲大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体巳经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献

2、均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：蒸汽泡沿倾斜表面运动规律及传热传质特性的数值研究作者签名：张成、上日期：年月■曰大连理工大学硕士学位论文摘要蒸汽泡在液体中的运动现象广泛存在于自然界和工业生产中，研究蒸汽泡的运动机理能够深入理解现实生产生活中的很多现象，具有重要的实际意义。同时，蒸汽泡的运动属于常见的气液两相流动，两相界面追踪是近些年来工程热物理领域的热点和难点问题，探讨捕捉气液两相界面方法具有重要的学术意义。格子方法是近几十年发展起来的一种新型计算流体力学方法，它属于介观模型，从微

3、观的角度来研究流体运动规律并采用特定的规则来演化得到宏观物理量，具有编程简单、两相界面易于捕捉等优点。本文在前人研究的基础上，采用格子方法研究蒸汽泡沿倾斜表面运动的规律和传热传质特性。首先考察气泡在等温系统中沿倾斜表面运动的特性。为了验证程序的正确性，模拟两个经典算例—单相系统的流和两相系统的定律。在此基础上研究气泡在竖直管道中的运动情况并将结果与传统方法进行比较。最后研究气泡沿倾斜表面运动的机理。倾斜表面采用修正反弹格式，其余边界选取标准反弹格式，外力添加选取修正格式。通过模拟考察气泡的初始体积、斜面倾角、数对气泡的形变和形心与斜面垂直距离

4、的影响，探讨相同初始直径的气泡沿倾斜表面运动的稳定终态速度与倾角和份数之间的关系。其次研究蒸汽泡在过热液体中沿倾斜表面运动的情况，系统的温度场由热模型来描述。首先，采用传热学和流体力学经典算例—封闭方腔自然对流来验证程序。接着探讨过热液体中蒸汽泡在竖直管道中运动的情况。最后研究蒸汽泡在过热液体中沿倾斜表面运动的情况，考察了不同倾角、不同数情况下蒸汽泡的体积和速度变化情况以及温度场的演化过程。模拟时，倾斜表面采用修正反弹格式，其余边界选取标准反弹格式，外力添加采用修正格式。关键词：格子方法；倾斜表面；单蒸汽泡；运动规律；传热传质蒸汽泡沿倾斜表面

5、运动规律及传热传质特性的数值研究，，’人连理工人学硕士学位论文：蒸汽泡沿倾斜表面运动规律及传热传质特性的数值研究目录绪论课题研究背景及意义气泡沿倾斜表面运动研究进展气泡运动基础理论气泡沿斜面运动研究现状本文主要工作格子方法理论格子方法简介格子方法的基本思想和应用范围格子方法的发展过程格子方法模型简介离散速度模型平衡态分布函数分布函数的演化方程格子方法多相多组分模型简介颜色模型伪势模型自由能模型大密度比模型边界处理充分发展边界条件反弹格式非平衡外推格式外力添加方式修正模型模型本章小结气泡在等温系统中沿倾斜表面运动规律研究大连理工大学硕士学位论文

6、流验证气泡在竖直通道内运动研究气泡在等温系统中沿倾斜表面运动特性研究模拟基本参数气泡形变气泡运动轨迹分析气泡运动速度分析木章小结蒸汽泡在过热液体中沿倾斜表面运动特性研究热模型简介封闭方腔自然对流蒸汽泡沿竖直管道运动特性研究蒸汽泡沿倾斜表面运动特性研究模拟基本参数蒸汽泡形变蒸汽泡运动温度场分析本章小结结论与展望结论廳参考文献附录论文符号说明表攻读硕士学位期间发表学术论文情况大连理工大学学位论文版权使用授权书大连理工大学硕士学位论文绪论课题研究背景及意义气泡沿斜面运动现象广泛存在于热能工程、海洋工程、气液化学反应、水利工程及核能工程等工业生产中。

7、气泡根据其产生方式的不同可分为蒸汽泡和空气泡，其中蒸汽泡是由温差驱动相变产生，空气泡是由压差驱动相变产生。在热能工程中⑴，蒸汽泡附着在余热锅炉管表上会形成气膜，阻碍管壁冷却，导致爆管；在海洋工程中空气泡与周围海水存在热量、动量和质量交换，影响海洋与大气间各种通量的交换；在气液化学反应中】，蒸汽泡的形状和运动速度会影响反应效率；在水利工程中气泡影响混凝土的均匀性和密实度，饶筑混凝土入模后应立即进行充分的振捣，使新入模的混凝土充满模板的每一个角落，同时排出气泡，以此获得密实度和均匀性最大的混凝土拌和物。因此，研究气泡的运动规律和传热传质特性，能够

8、深入理解这类复杂工程，为实际工程提供理论依据，具有很高的工程价值。在科研领域中，气泡运动属于两相流范畴，其宏观动力学行为通常伴随着组分的扩散、相变界面的产生和运动等